现代电力电子设备一个重要的发展趋势是提高设备的工作频率以提高其能量密度、并且减小体积。高压直流电源作为电气领域的重要设备之一,已经广泛采用高频的LC串联谐振型变换器。高频高压变压器作为该谐振变换器的核心设备,其可靠稳定性对于高压直流电源的性能有着决定性的作用。影响高频高压变压器可靠稳定性能的因素很多,例如高频高压变压器的漏电感、分布电容、损耗、温升等因素。这些因素相互制约,难以同时进行优化。为此,高频高压变压器在设计时往往根据电路性质选取对电路性能影响较大的因素进行优化。本文根据电容器充电电源的充电速度快,电压等级较高的工作特点,将减小分布电容以及限制变压器损耗作为变压器设计时的优化目标,以达到变压器在电路中可靠稳定运行的目的,并基于此目标创新性地提出一种基于Lagrange数乘法的高频高压变压器的优化设计方法。利用这种优化设计方法通过设计合理的绕组结构,包括绕组的分段数、分层数以及每段每层的匝数,可以使高频高压变压器的分布电容在满足变压器损耗条件下取得最小值。高频高压变压器的寿命很大程度受到绝缘状况的影响,主要包括变压器绝缘材料的选取,绝缘构成等,因此在设计阶段需要充分考虑绝缘设计。本文应用有限元仿真的方法对所设计的变压器进行了较为全面的静电场分析,以达到改善电场分布,优化绝缘设计的目的。另外,通过应用有限元温度场模块对温升进行仿真,验证了变压器满足温升要求。最后本文设计并绕制了一台输入电压500V,输出电压10kV,额定频率15kHz,额定容量30kVA,效率高达98%的高频高压变压器。对该变压器进行了一损耗、温升、分布电容对比等一系列实验,验证了所设计的变压器的损耗以及分布电容与优化设计理论计算结果相一致,并达到了优化目的。并将变压器应用于电容器充电电源进行多次充电实验验证了其可靠性以及稳定性。